CN104040171A - 风力发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明目的在于提供在系统电压降低的异常时也不需要从通常的发电运转中切换电路的风力发电系统。为了解决上述课题，本发明所涉及的风力发电系统特征在于具备：风车，其具备接受风而进行旋转的叶片、与该叶片连接的旋转部件、和与该旋转部件连接而伴随该旋转部件的旋转使搭载了永磁体的转子旋转来产生发电电力的永磁体式旋转发电机；控制该风车的辅助设备以及风车控制装置；电力变换器，其调整由所述永磁体产生的发电电力并提供给所述风车控制装置以及所述辅助设备；直流变换器，其与所述永磁体式旋转发电机连接，将交流电力变换成直流电力；和控制装置，其与该直流变换器连接，通过被变换后的所述直流电力来控制所述电力变换器。

Description

风力发电系统
技术领域
本发明涉及风力发电系统。
背景技术
风力发电系统与太阳能电池等一起作为可再生能源而迅速扩大普及。作为现有的风力发电系统，例如有专利文献1记载的构成。在该专利文献1中关于风力发电系统记载了使用无停电电源的技术。
另外，在专利文献2中，记载了具备应急用电力供给机构的风力发电系统，该应急用电力供给机构响应于电力系统的系统电压降低的异常的发生而将从风车旋转部件的旋转产生的电力供给给俯仰控制机构，记载了该应急用电力供给机构响应于电力系统的系统电压降低的异常的发生而向俯仰角控制机构提供电力的技术。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利6921985号
专利文献2：JP特开2007-239599号公报
发明的概要
发明要解决的课题
根据上述各专利文献，在电力系统的系统电压降低的异常时能暂时维持控制用电源，但这只不过是基于应急时的暂时的控制，需要从通常的发电运转中切换电路。因而，为了电路的切换而难以避免机构复杂化这一情况。另外，该电路的切换是应急时的操作，在万一没有恰当地动作的情况下，有可能会错过防止对设备的损伤等的办法。
发明内容
为此，本发明的目的在于，提供在电力系统的系统电压降低的异常时也不需要从通常的发电运转中切换电路的风力发电系统。
用于解决课题的手段
为了解决上述的课题，本发明所涉及的风力发电系统特征在于，具备：风车，其具备接受风的叶片、与该叶片连接的旋转部件、与该旋转部件连接而伴随该旋转部件的旋转使搭载了永磁体的转子旋转来产生发电电力的永磁体式旋转发电机、以及与该直流变换器连接将被变换的所述直流电力变换成商用频率的交流电力的电力变换装置；控制该风车的辅助设备和风车控制装置；电力变换器，其调整由所述永磁体产生的发电电力并提供给所述辅助设备以及风车控制装置；直流变换器，其与所述永磁体式旋转发电机连接，将交流电力变换成直流电力；和控制装置，其与该直流变换器连接，通过被变换的所述直流电力来控制所述电力变换器。
发明的效果
根据本发明，能提供在电力系统的系统电压降低的异常时也不需要从通常的发电运转中切换电路的风力发电系统。
附图说明
图1是实施例1所涉及的风力发电系统的单线连接图。
图2是用于说明电力变换器的图。
图3是实施例2所涉及的风力发电系统的单线连接图。
图4是实施例3所涉及的风力发电系统的单线连接图。
具体实施方式
以下在实施上述的本发明的基础上使用附图来说明适当的实施方式。下述不过是实施例，并不是意图限定于发明内容所涉及的特定的形态来进行解释。
实施例1
使用图1以及图2来说明实施例1所涉及的风力发电系统。本实施例所涉及的风力发电系统具有：风车，其具有接受风而进行旋转的在圆周方向上均等配置3片的叶片202、与叶片202连接而成为叶片202的旋转轴的旋转部件220、与旋转部件220连接而使旋转速度增加的齿轮箱221、以及经由齿轮箱221而被增速的永磁体式旋转发电机(PMG)201；辅助设备电源205，其与永磁体式旋转发电机201连接；辅助设备206，其接受来自辅助设备电源205的电力供给来进行叶片202的(控制受风面积的)俯仰(pitch)角控制，或者进行控制配置于省略了图示的构筑于地基上的塔上部的导流罩的水平面内的旋转角度的横摇(yaw)控制等；风车控制装置203，其对辅助设备206输出指令；电力变换器204，其与永磁体式旋转发电机201连接；LC滤波器214，其与电力变换器204连接来抑制高次谐波；断路器212，其与LC滤波器214连接来使交流电流断路；和变压器3，其连接在断路器212与电力系统10之间，用于将由风车发电的发电电力升压后连接到电力系统10。另外，该各设备还能全部配置在风车内，另外还能将一部分配置在风车外。采用哪种方式能根据设置环境等来适宜变更。
辅助设备电源205具备：二极管桥207，其对由永磁体式旋转发电机201产生的交流电力进行整流而将其变换成直流电力；控制电源208，其被供应由二极管桥207变换成直流之后的电力；和控制装置209，其由控制电源208进行驱动，对配置于辅助设备电源205内的电力变换器210进行控制。电力变换器210能够根据来自控制装置209的指令211来向辅助设备206提供合适的电力。
在图2中示出电力变换器204的构成。电力变换器204具有：转换器2042，其将由永磁体式旋转发电机201产生的交流电力变换成直流电力；逆变器2041，其配置在比该转换器2042靠近电力系统侧，将由转换器2042进行变换而得到的直流电力变换为商用频率的交流电力；和平滑电容器2043，其配置在逆变器2041与转换器2042之间。各逆变器以及转换器由6个开关元件构成。由该电力变换器204变换为适于向电力系统10送电的(高品质的)频率以及波形。
LC滤波器214具有：2个线圈215、和配置在2个线圈215间的电容器216，抑制从电力变换器204输出到电力系统10侧的高次谐波。
对风车的发电运转时的辅助设备206所进行的控制进行说明。风车在切入速度以上的(或者更大的)风速、且暴风时的切出风速以下(或者不足)时进行发电运转。另外，切入速度和切出速度因机种不同而规格不同。
在本实施例中，作为发电机使用永磁体式旋转发电机201，即使没有励磁电流也会通过旋转部件202旋转来发电。在发电运转中，永磁体式旋转发电机201所产生的交流的发电电力施加到辅助设备电源205内的二极管桥207、和电力变换器210。
对施加到二极管桥207的交流电流进行整流而将其变换成直流电力。由此来提供控制装置209的控制电源208。之所以在控制电源208中使用直流电力，是因为控制装置中包含的控制基板上的个人计算机、存储器、FPGA等IC类若不是直流则不进行动作。对电力变换器210施加永磁体式旋转发电机201所产生的交流的发电电力，也能通过从控制装置209对电力变换器210输出指令211将该发电电力变换成合适的电力波形以及频率后提供给辅助设备206以及风车控制装置203。
辅助设备206从电力变换器210接受电力供给来对风车控制装置203发出指令，根据风速和风向来进行旋转部件202的俯仰角控制和横摇控制。
风车的发电运转时的发电电力从永磁体式旋转发电机201经由电力变换器204向电力系统10送电。此时，由电力变换器204内的转换器2042以及逆变器2041将其变换为确保了品质的电力，进一步由LC滤波器214过滤掉从电力变换器204产生的高次谐波噪声，由此能进一步提升电力品质。断路器212是为了在发生事故等的情况下防止事故的波及而设置的。通过升压用的变压器3将提升了电力品质的发电电力变压成电力系统10用的高电压。
根据本实施例，由于通过永磁体式旋转发电机201的发电电力来提供控制风车的辅助设备电源205，因此不管电力系统10的状态如何都能进行基于辅助设备206的控制、即风车整体的控制。即，即使电力系统的系统电压降低也不需要从通常的发电运转中切换电路。
实施例2
使用图3来说明实施例2。另外，对与实施例1重复的部位省略说明，仅说明相对于实施例1发生变更的部位。
在实施例1中，将直接辅助设备电源205直接与永磁体式旋转发电机201连接，但在本实施例中，使辅助设备电源225连接在电力变换器204内的转换器2042与逆变器2041之间的直流电流区域。
因此，由于在转换器2042所包含的开关元件中设置反并联连接的二极管，因此即使该转换器2042不进行开关动作，该二极管也起到将发电电力从交流电力变换到直流电力的作用，从而不再需要在实施例1中需要的用于将发电电力从交流电流变换成直流电流的二极管桥207。由此成为简化的构造。
另外，在实施例1中，对辅助设备电源205施加交流电力，但在本实施例中施加直流电力。因而，配置在辅助设备电源225内的电力变换器226只要把直流变换成交流即可，与实施例1相比起到一半作用即足够，简化了构成。
根据本实施例，由于也通过永磁体式旋转发电机201的发电电力来提供控制风车的辅助设备电源225，因此不管电力系统10的状态如何都能进行基于辅助设备206的控制、即风车整体的控制。
实施例3
使用图4来说明实施例3。另外，对与实施例1或实施例2重复的部位省略说明，仅说明相对于两实施例发生变更的部位。
在本实施例中，取代永磁体式旋转发电机201而设置次级励磁式发电机230，在旋转部件233设置永磁体式旋转发电机232作为辅助发电机。电力变换装置304与电力系统10连接，具有将交流电力变换成直流电力的变换器3041、和输入直流电力而输出用于适当地控制次级励磁式发电机230的输出频率以及功率因数的交流电力的变换器3042，经由集电环(slipring)与次级励磁式发电机230的旋转部件连接。次级励磁式发电机230的定子经由断路器将发电电力输出给电力系统10。
与永磁体式旋转发电机232连接的是与实施例1中的辅助设备电源205相同的控制电源。关于本变更点，在如实施例1那样使用永磁体式旋转发电机201作为主发电机的情况下也能进行同样的变更，这点毫无疑问。
根据本实施例，由于也通过永磁体式旋转发电机232的发电电力来提供控制风车的辅助设备电源205，因此不管电力系统10的状态如何都能进行基于辅助设备206的控制、即风车整体的控制。
在上述各实施例中，通过来自永磁体式旋转发电机的发电电力来提供辅助设备电源。由于如果是永磁体式旋转发电机则不需要励磁电力(特别是在起动时不需要励磁电力这一点，在进行与电力系统分离的独立运转上变得有效)，通过开始旋转来进行发电运转，因此在能够不依赖于电力系统的状态来驱动辅助设备，能控制风车这一点上是有益的。
另外，在实施本发明上，在风车中运用在旋转部件朝向下风的状态下进行发电运转的顺风型风车时，会更有益。只要是顺风型风车，即使不进行横摇控制(所谓的无横摇控制)，也能如风向标那样使旋转部件自然地朝向下风，移转到适于发电运转的位置。因而，即使没有控制电源也能移转到旋转部件能旋转的状态。进而，由于旋转部件只要旋转，永磁体式旋转发电机就能如上述那样开始发电运转，因此通过将两者合起来使用，在风车的重启动中不需要励磁电力，能从没有来自电力系统的电力供给和励磁电力的状态进行重启动。
这一点在想定设置于电网不完善的地域的情况、因灾害等而导致电网断路的情况等时有效。
标号的说明
201、232 永磁体式旋转发电机
202 叶片
203 风车控制装置
204、210、226、236 电力变换器
205、225、235 辅助设备电源
206 辅助设备
207、234 二极管桥
208 控制电源
209 控制装置
211 指令
212 断路器
214 LC滤波器
215 线圈
216、2043 平滑电容器
220、233 旋转部件
221、231 齿轮箱
230 次级励磁式发电机
237 励磁电源用电缆
2041 逆变器
2042 转换器

Claims (8)

1.一种风力发电系统，其特征在于，具备：
风车，其具备接受风而进行旋转的叶片、与该叶片连接的旋转部件、以及与该旋转部件连接并伴随着该旋转部件的旋转而使搭载了永磁体的转子旋转来产生发电电力的永磁体式旋转发电机；
控制该风车的辅助设备以及风车控制装置；
电力变换器，其调整由所述永磁体产生的发电电力并提供给所述风车控制装置以及所述辅助设备；
直流变换器，其与所述永磁体式旋转发电机连接，将交流电力变换成直流电力；和
控制装置，其与该直流变换器连接，通过被变换的所述直流电力来控制所述电力变换器。
2.根据权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，
所述直流变换器配置在所述永磁体式旋转发电机与所述电力变换器之间，
对所述电力变换器施加直流电力。
3.根据权利要求1或2所述的风力发电系统，其特征在于，
所述直流变换器是二极管。
4.根据权利要求1或2所述的风力发电系统，其特征在于，
所述直流变换器是转换器。
5.根据权利要求4所述的风力发电系统，其特征在于，
所述电力变换器是逆变器。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的风力发电系统，其特征在于，
所述风力发电系统还具备：
逆变器；
LC滤波器，其与该逆变器连接，并且具有线圈以及电容器；
断路器，其与该LC滤波器连接；和
变压器，其与该断路器连接，
该变压器的高电压侧与电力系统连接。
7.根据权利要求6所述的风力发电系统，其特征在于，
所述风力发电系统还具备：
励磁式发电机；和
转换器，其将由该励磁式发电机产生的交流的发电电力变换成直流，
该转换器与权利要求6所述的逆变器连接。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的风力发电系统，其特征在于，
所述风车是在所述旋转部件朝向下风的状态下进行发电的顺风型风车。
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